中科院金属所创制2.385V高性能锌碘液流电池，“酒石酸钾钠”显奇效！

在全球能源需求持续增长与化石能源储量日益枯竭的双重压力下，可再生能源的规模化应用成为了保障能源安全与应对环境挑战的关键。然而，可再生能源固有的间歇性引发的并网波动及电力消纳困境，亟需发展以液流电池为代表的高效长时储能技术。

锌碘液流电池基于锌、碘元素丰富的自然储量、本质安全和高能量密度等优势，是新一代液流电池技术中极具发展前景的技术路线。

然而，根据经典的“硬软酸碱”理论，锌碘液流电池正负极电解液中形成的离子配位结构一定程度影响了电解液稳定性，致使其规模化应用仍面临技术挑战。

近日，中国科学院金属研究所腐蚀基础与前沿研究部腐蚀电化学课题组唐奡研究员和李瑛研究员，在高性能锌碘液流电池研究方面取得重要进展。

研究团队创新性提出锌负极碱性电解液环境与碘正极多电子转移路径协同优化策略，通过构建Zn(OH)42−/Zn负极与I−/I2/I+正极，成功研制出开路电压达2.385 V的锌碘液流电池（图1），对发展高能量密度电池具有重要理论和实践意义。

相关成果以《A high-voltage alkaline zinc-iodine flow battery enabled by a dual-functional electrolyte additive strategy》为题，发表于《Advanced Functional Materials》，博士生杨静为论文第一作者。

图1. 碱性锌碘液流电池设计策略

该研究在设计高电压锌碘液流电池基础上，通过在碱性锌负极添加同时具备含氧功能性官能团以及电荷载体的酒石酸钾钠，实现了对电解液离子结构-电极界面传质行为的有效调控，电池输出功率密度达到了616 mW cm−2，有效提升了22.8%，并在140 mA cm−2电密运行下实现了71.5%的能量转换效率。

更重要的是，2.5 M高浓度电解液可在120 mA cm−2下有效提升容量及能量密度至105.98 Ah L−1和185.18 Wh L−1（图2）。材料表征结果表明，酒石酸钾钠显著调控了锌离子的原始配位平衡，加速了脱溶剂化过程。同时，酒石酸钾钠在电极表面优先吸附形成屏蔽层，均匀诱导了锌离子迁移通量，优化了电流密度分布，克服了枝晶生长及死锌累积的缺陷。

图2. 碱性锌碘液流电池综合性能

此外，酒石酸钾钠通过氢键相互作用破坏了水分子间的原始氢键网络，减少了电解液中自由水的数量，显著抑制了析氢副反应（图3）。本研究通过理论计算与多尺度表征技术联用，从分子-介观-宏观多维度揭示了界面传质过程与反应动力学的协同优化机制，为新一代液流电池技术中高可逆金属负极的工程化开发与应用提供了新的技术路径以及理论指导。

图3. 酒石酸钾钠对电解液离子结构以及电极界面的调控机制

新一代高性能锌碘液流电池技术研究取得新进展----中国科学院金属研究所

液流电池（Flow Battery）是一种可充电电池，它通过液体电解质的流动来存储电能。与传统的固态电池（如锂离子电池）不同，液流电池的能量存储组件（电解质）是分离的，通常储存在外部容器中，在充放电过程中通过电池单元循环。

液流电池是一种活性物质存在于液态电解质中的电池技术，电解液在电堆外部，在循环泵的推动下流经电堆，实现化学能与电能的转换。国际上液流电池主要有全钒液流电池、锌溴电池、铁铬电池、多硫化钠溴电池4种技术路线。

其中全钒液流电池目前产业链建设和技术成熟度相对较高。全钒液流电池系统由功率单元（电堆），能量单元（电解液和电解液储罐），电解液输送单元（管路、阀、泵、传感器等辅助部件）以及电池管理系统等组成。其中，电堆由离子交换膜、电极、双极板、电极框、密封等材料构成。液流电池生产线包括（双极板，膜裁切，碳毡裁切，电堆堆叠组装）等。欢迎申请加入微信群。

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